Европейская система управления движением поездов (, сокращённо ETCS; ) — комплекс единых стандартов, разработанных в рамках международного сотрудничества для железнодорожной автоматики, телемеханики, связи и диспетчерского контроля. ETCS призвана ликвидировать различия в несовместимых друг с другом системах сигнализации, централизации, блокировки (СЦБ) европейских стран, обеспечив тем самым беспрепятственное и безопасное железнодорожное сообщение на европейском континенте. С 2004 года внедрение ETCS обязательно на всех новых и реконструируемых трансъевропейских железнодорожных коридорах Европейского союза. Является также компонентом сигнализации и управления в составе (, сокращённо ERTMS).
История Интеграция европейских железных дорог в единую сеть осложняется различиями в системах электрификации; сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ); габаритах подвижного состава и приближения строений; конструкции сцепных устройств в каждой стране. Несовместимость различных систем обеспечения движения поездов стала серьёзным препятствием на пути создания единой европейской сети железных дорог. В конце 1980-х в Европе насчитывалось до 30 различных систем СЦБ. В этот период начал бурно развиваться скоростной железнодорожный транспорт. Поначалу составы, следовавшие по международным линиям (Eurostar, Thalys), оснащались системами сигнализации каждой из стран, что усложняло работу локомотивных бригад, а также увеличивало эксплуатационные расходы и риск возникновения неисправностей.
4 и 5 декабря 1989 года рабочая группа, состоявшая из министров транспорта европейских государств, утвердила генеральный план развития скоростных железных дорог в Европе. 17 декабря 1990 года Европейский совет одобрил этот проект, и 29 июля 1991 года была принята резолюция 91/440 / EEC, согласно которой предполагалось создание единой системы управления движением поездов. К этому времени уже были приняты основные стандарты ETCS. Спецификацию новой системы в течение полутора лет разрабатывали Европейский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта, железнодорожные операторы и поставщики оборудования. Основную проектную работу завершили компании — производители подвижного состава и устройств автоматики: Alstom, Ansaldo, Bombardier, Invensys, Siemens и Thales, которые совместно образовали союз производителей систем безопасности (, сокр. UNISIG). С 1998 по 2002 год в техническую документацию ETCS вносились изменения и уточнения. В 1999 году система была впервые применена на линии Будапешт — Вена. В 2001 году Европейский парламент утвердил директивой 2001/16/EC ряд мер по постепенной унификации всей сети европейских железных дорог и обеспечению совместимости железных дорог, оборудованных и не оборудованных ETCS (см. Нулевой уровень). В 2002 году Европейская комиссия приняла ETCS как обязательную на скоростных железных дорогах, а с 2004 года — на всех трансъевропейских железнодорожных коридорах. Швейцария, не являвшаяся членом Европейского союза, приняла для обеспечения безопасности движения поездов на своих железных дорогах руководящие документы единой ЕвропыDie Bundesversammlung: ..
К началу 2006 года устройствами ETCS было оснащено более 3000 единиц подвижного состава и 6000 км путей. По состоянию на сентябрь 2013 года ETCS и схожие с ней системы внедрены в 34 странах, включая Турцию, Израиль, Китай, Ливию и Новую Зеландию.
Принцип действия
При использовании традиционных систем обеспечения движения поездов на каждом блок-участке, на которые разделяются перегоны, может находиться не более одного состава. В основу работы ETCS положена идея непрерывного контроля перевозочного процесса с помощью совокупности различных технических средств, благодаря чему достигается безопасное уменьшение интервала попутного следования, а значит, увеличение пропускной способности. Действие ETCS основано на определении местоположения поезда, вычислении расстояния между составами, контроле максимально разрешённой скорости на участке, расчёте кривой торможения (зависимости скорости от пройденного пути), сопоставлении данных о маршруте с техническими характеристиками поезда. Приём, обработка и передача всей необходимой информации осуществляется комплексом напольных и бортовых устройств и систем ETCS. Непрерывный контроль движения, приспособленный к постоянному изменению дорожной обстановки, позволяет оптимизировать трафик и снизить энергозатраты.
Компоненты ETCS Евробализы () — автономные приёмо-передающие устройства (транспондеры) с энергонезависимой памятью, устанавливаемые между рельсами. Предназначены для обмена данными с подвижным составом. Бализы воспринимают высокочастотный сигнал от проезжающего над ними поезда и могут в зависимости от уровня внедрения ETCS передавать в ответ координаты, данные о пути (кривые, уклоны, системы электроснабжения), постоянные и временные ограничения скорости, показания светофоров. Если объём данных велик, то устанавливают несколько (до восьми) бализ подряд. Расстояние между бализами (или группами бализ) в зависимости от установленной на участке скорости варьируется от 1 до 2,5 км. Часто бализы размещают парами для повышения вероятности передачи информации и чтобы бортовая система распознавала направление движения. При передаче используется частотная манипуляция. Логическая единица кодируется сигналом с частотой 4,516 МГц (8 периодов), логический ноль — сигналом с частотой 3,951 МГц (7 периодов). Значение несущей частоты при этом составляет 4,237 МГц. Скорость передачи данных достигает 564,48 кбит/с. Полученная информация дешифруется бортовой системой и выводится на пульт машиниста. Обмен сообщениями может происходить при скорости следования поезда до 500 км/ч . Необходимую энергию бализы получают от передающих модулей подвижного состава, которые излучают высокочастотный (27,095 МГц) сигнал, индуцирующий в катушке бализы электрический ток. Кодовая посылка с бализы на поезд начинает передаваться спустя 150 мкс после приёма высокочастотного сигнала. UNISIG установлены два стандартных геометрических размера бализы: 200 × 390 мм и 358 × 488 мм. Программирование бализы осуществляется посредством индуктивной связи при помощи переносного портативного компьютера и программного модуля. Срок службы автономной евробализы составляет 30 лет; евролуп () — кабельная система передачи данных. Может применяться в ETCS первого уровня. Передача сигналов осуществляется с помощью излучающего кабеля (гибкой антенны), длина которого может достигать 1 км. Сам кабель, как правило, крепится к подошве рельса и передаёт бортовой системе поезда радиосигнал подобно бализам. Главным преимуществом излучающих кабелей перед бализами является непрерывность передачи сообщений, что повышает безопасность движения; путевой электронный блок (ПЭБ) (, сокр. LEU) используется на линиях с ETCS первого уровня для обеспечения обмена данными между устройствами СЦБ и подвижным составом. ПЭБ может работать не только на передачу, но и на приём кодовых комбинаций, совмещая таким образом функции кодового путевого трансмиттера и ресивера. Однако передача по нисходящему каналу (подвижной состав-евробализа и далее на ПЭБ) почти не применяется. Как трансмиттер ПЭБ преобразует сигналы от напольных устройств СЦБ в кодовые посылки, представленные в виде дифференциального биимпульсного манчестерского кода, которые затем передаются с евробализы на подвижной состав. Скорость передачи данных с ПЭБ на бализу равна скорости по восходящему каналу (564,48 кбит/с). При ухудшении или потере связи с ПЭБ бализа передаёт сохранённую кодовую посылку, состоящую, как правило, из одних логических нулей или единиц, чтобы бортовые системы распознали неисправность напольного оборудования. ПЭБ соединяется с бализой интерфейсным кабелем, а сам помещается на мачту светофора либо на низкое металлическое основание вблизи него; основными элементами бортового оборудования являются: компьютер; высокочастотный излучатель; приёмник радиосигналов, посылаемых евробализами; GSM-R-передатчик; одометр и самописец, фиксирующий все действия машиниста, параметры движения и показания сигнальных точек. Модуль пересылки осуществляет контроль вход-выходных характеристик, подавление нежелательных компонентов сигнала и его деманипуляцию. Бортовое оборудование построено по модульному принципу. Каждый функциональный блок (см. рисунок ниже) выполняет строго определённые задачи и обладает своим интерфейсом; дисплейный модуль ETCS разделён на шесть рабочих полей и отображает на них текущую скорость движения состава, расчётную и максимально допустимую скорость, следующее ограничение скорости, показания светофоров, информацию о маршруте, технические данные, местоположение, расстояние до ближайшего путевого объекта, текущий уровень и режим работы ETCS, а также выдаёт текстовые, символьные и звуковые предупреждения об опасных зонах, сбоях и ошибках; центр радиоблокировки (ЦРБ) — совокупность оборудования, принимающего и обрабатывающего в автоматическом режиме всю информацию о поездной обстановке на участке, которая поступает от бортовых систем подвижного состава по цифровому радиоканалу стандарта GSM-R и напольных устройств СЦБ. На основании этой информации и в соответствии с графиком движения поездов центром радиоблокировки принимается оптимальное решение по регулированию движения, которое по радиоканалу передаётся бортовым информационно-управляющим системам подвижного состава. Таким образом ЦРБ осуществляет автоматизированное диспетчерское управление движением поездов. Оборудование ЦРБ размещается в стандартных стойках в линейно-аппаратном зале и включает в себя: центральное процессорное устройство, преобразователь протоколов, IP-маршрутизатор, сетевые коммутаторы, мачту с направленными антеннами и прочее. Поезд постоянно находится в зоне действия ЦРБ, в том числе при проследовании мостов и тоннелей; еврорадио — защищённый протокол радиосвязи, позволяющий передавать данные по закрытому каналу, построенному на открытой сети стандарта GSM-R. Через еврорадио осуществляется асинхронный обмен информацией между поездом и центром радиоблокировки. Передача с подвижного состава ведётся в частотном диапазоне от 921 до 925 МГц, а приём — от 876 до 880 МГц. В указанную полосу частот помещается до 19 каналов, разделённых по 200 кГц. Наряду с частотным разделением используется временное: каждый канал разделяется на 8 таймслотов с периодом 577 мкс каждый, за который передаётся 148 бит информации. По GSM-R передаются как данные, так и речь. Служебная и пользовательская информация пропускается по разным физическим каналам. Взаимодействие сетевых устройств осуществляется в соответствии с моделью OSI. GSM-R-модемы работают на канальном уровне. Маршрутизация данных происходит на сетевом уровне. На транспортном уровне для установления соединения с удалёнными объектами применяется протокол X.224. Установление соединения между подвижным составом и ЦРБ должно происходить в течение не более 10 секунд. После 10 секунд предпринимается повторная попытка подключения. Покрытие GSM-R должно позволять осуществить, по меньшей мере, две попытки подключения без выхода подвижного состава, двигающегося на максимальной разрешённой скорости, из зоны действия текущего ЦРБ. Допустимый коэффициент ошибки (отношение неудавшихся подключений к общему числу) UNISIG установил на уровне <10−4. При потере соединения между поездом и ЦРБ автоматически применяется экстренное торможение; напольные устройства контроля освобождения блок-участка служат для проверки проследования поезда в полном составе. В роли таких устройств выступают рельсовые цепи или устройства счёта колёсных пар. Последними сравнивается число колёсных пар в начале и конце блок-участка. Если значения совпадают, то на пост электрической централизации передаётся информация о свободности участка; электрическая централизация станций.
Кодирование, передача и декодирование данных